DE69115746T2

DE69115746T2 - Vier-Walzen-Walzwerk

Info

Publication number: DE69115746T2
Application number: DE69115746T
Authority: DE
Inventors: Toshiyuki Kajiwara; Hidetoshi Nishi; Tokuji Sugiyama
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-04-13
Filing date: 1991-04-15
Publication date: 1996-07-04
Anticipated expiration: 2011-04-16
Also published as: EP0451874A3; EP0451874B2; EP0451874A2; US5174144A; DE69115746D1; DE69115746T3; EP0451874B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Quartowalzwerk mit verschiebbaren Arbeitswalzen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, das ausgezeichnet zur Steuerung der Wölbung und Form eines Walzguts und ein Walzprogramm-freies Walzen ermöglicht.
In den letzten Jahren sind die Anforderungen an ein Walzwerk (insbesondere ein Warmbandwalzwerk) ein Walzprogrammfreies Walzen und ein Walzen mit einer hochgenauen Steuerung der Wölbung und der Form eines Walzguts. Der Begriff "Walzprogrammfreies Walzen" bezeichnet eine Art des Walzens, bei dem jede gewünschte Breite des Walzguts frei gewählt werden kann, wobei keine Beschränkung für die Reihenfolge der Breitenwahl des Materials vorliegt.
In der JP-A-51-7635 ist ein als HCW-Werk bekanntes Walzwerk offenbart, das in der Lage ist, diese Funktionen auszuführen. Bei diesem System werden die Wölbung und die Form des Walzguts durch Verschiebung der Zwischenwalzen und der Arbeitswalzenbiegevorrichtung gesteuert und die Abnutzung der Walzenoberfläche durch eine zyklische Verschiebung der Arbeitswalzen verteilt, wodurch das Walzprogramm-freie Walzen erreicht wird. Dieses Walzwerk muß jedoch zwangsläufig ein Sechsrollen-Walzwerk sein, bei dem die Verschiebung der Zwischenwalzen und die Verschiebung der Arbeitswalzen erforderlich ist. Bei einem Tandem- Fertigwalzwerk (Warmbandwalzwerk) benötigt ein Walzgerüst einer späteren Stufe ein geringes Drehmoment. Auch die Materialdicke ist gering, und daher wird die Größe des Walzwerks selbst bei Verwendung des Sechsrollen-Walzwerks nicht übermäßig erhöht, da der Durchmesser der Arbeitswalzen gering gehalten werden kann. Bei einem Walzgerüst einer vorhergehenden Stufe ist jedoch ein großer Durchmesser der Arbeitswalzen erforderlich, und daher wird seine Größe enorm, wenn ein Sechsrollen-Walzwerk verwendet wird.
Daher muß diese Funktion durch ein Quartowalzwerk erreicht werden. Wenn das in der JP-A-51-7635 offenbarte System bei einem Quartowalzwerk angewendet wird, ist es erforderlich, ein Ende der effektiven Länge des Walzenballens in eine Position nahe einem Ende der Breite des Walzguts zu bewegen, um die Materialwölbung zu verringern. Unter dieser Bedingung erfolgt das Walzen. Wenn das Walzgut in bezug auf die Mitte des Walzwerks versetzt ist, tritt daher der Nachteil auf, daß das Walzgut von den Ballen der Arbeitswalzen getrennt wird. Wenn die Arbeitswalzen bei diesem System zur Verteilung der Abnutzung hin und her bewegt (d.h. zyklisch verschoben) werden, kann das Ende des Walzenballens ferner um mehr als 200 mm von der Seitenkante des Walzguts beabstandet sein, da die Amplitude dieser zyklischen Verschiebung ca. ± 100 mm beträgt. Zu diesem Zeitpunkt bleibt jede zusätzliche Kraft zum Andern der Materialwölbung nicht bereits in einer Walzenbiegevorrichtung. Wenn eine Walzenwölbung an der Umfangsoberfläche des Walzenballens ausgebildet ist, kann diese Schwierigkeit überwunden werden; diese Walzenwölbung ist jedoch auf eine leicht konvexe Form beschränkt, um zu verhindern, daß das Walzgut konkav gewölbt ist, wenn die Breite des Materials groß ist. Daher kann die Wölbung des Walzguts nicht wirkungsvoll gesteuert werden, wenn die Breite des Materials gering ist. Wenn eine Korrekturbiegeeinrichtung verwendet wird, ist es möglich, die Walzenwölbung zu steigern. Die Korrekturbiegeeinrichtung muß jedoch auf ein Walzgleichgewicht geschaltet werden, wenn das Material zwischen den Arbeitswalzen hindurchgeführt wird, und daher tritt der Nachteil auf, daß das Hindurchführen des Materials durch die Arbeitswalzen instabil ist. Ferner ist bei diesem HCW-Walzsystem die Kontaktbelastung des Endabschnitts des Arbeitswalzenballens mit der Stützwalze hoch, und die Betriebsdauer der Stützwalze wird insbesondere beim Walzen mit hoher Last verringert. Daher wird das HCW-Walzwerk herkömmlicherweise verwendet, um die Abnutzung der Walzen zu bewältigen.
Die JP-A-57-91807 offenbart ein Walzwerk mit verschiebbaren Arbeitswalzen. S-förmige, konkav-konvexe ballige Walzenabschnitte sind an den Umfangsoberflächen der Ballen der Arbeitswalzen ausgebildet, und die obere und die untere Arbeitswalze sind in umgekehrtem Verhältnis zueinander angeordnet. (Anders ausgedrückt ist entweder die obere oder die untere Arbeitswalze in bezug auf die andere um 180º gedreht.) Bei diesem Walzwerk werden die Walzen verschoben, um die Form eines Walzenspalts zwischen den beiden Arbeitswalzen in der Azialrichtung der Arbeitswalzen geometrisch zu ändern. Ein Merkmal dieses Walzwerks ist, daß eine Änderung der Wölbung des Walzguts in bezug auf die Verschiebungsstrecke groß ist. Hierbei stehen der Ballen einer Stützwalze und der Ballen einer Arbeitawalze im allgemeinen über ihre gesamten Längen miteinander in Kontakt, und daher kann keine große Wirkung einer Arbeitswalzenbiegeeinrichtung, wie bei dem HCW-Walzwerk, erwartet werden.
Wenn die Arbeitswalzen bei einem derartigen Walzwerk zyklisch verschoben werden, um die Abnutzung der Walzen zu verteilen, wird die Wölbung des Walzguts stark verändert. Der Verschiebebereich der Arbeitswalzen liegt bei dem oben aufgeführten Walzwerk bei ca. ± 100 mm, so daß die Wölbung des Walzguts vom Maximum zum Minimum geändert wird. Andererseits variiert die Wölbung des Walzguts zyklisch, wenn die Arbeitswalze zur Verteilung der Abnutzung der Walzen zyklisch um eine Strecke von ± 100 mm verschoben wird. Diese Variation der Materialwölbung kann durch eine Arbeitswalzenbiegeeinrichtung mit geringer Wirkung nicht geändert werden.
Obwohl ein Walzwerk der oben beschriebenen Art die Steuerung der Wölbung des Walzguts ermöglicht, kann nicht ohne Walzprogrmm gewalzt werden.
In der JP-A-55-64908 ist ein weiteres Quartowalzwerk mit "paarweise gekreuzten Walzen" und einem hohen Steuerbetrag für die Wölbung des Walzguts offenbart. Bei dieser Art von Walzwerk sind obere und untere Arbeitswalzen sowie Stützwalzen horizontal angeordnet, wobei ihre Achsen einander überschneiden, so daß das Profil eines vertikalen Walzenspalts zwischen den Arbeitswalzen geändert werden kann, um die Wölbung des Walzguts zu steuern. Wenn bei einem derartigen Walzwerk lediglich die Arbeitswalzen einander überschneiden, tritt zwischen der Arbeitswalze und der Stützwalze ein Schlupf auf, so daß eine Walzenabnutzung und ein großer Schub erzeugt werden. Um dies zu verhindern, ist es erforderlich, daß auch die Stützwalzen zur Aufnahme der Walzlast einander überschneiden. Dadurch weist das Walzwerk einen großen und komplizierten Aufbau auf. Ferner wird eine Spindel zum Antrieb jeder Arbeitswalze entsprechend einer vertikalen Positionsänderung der Arbeitswalze winkelig bewegt und für die Überschneidung der Arbeitswalzen ebenso in einer horizontalen Richtung geneigt, so daß der Gesamtwinkel jeder Spindel gesteigert wird. Daher ist ein für einen derart großen Winkel geeignetes Universalgelenk erforderlich. Da jedoch die Drehzahl entsprechend dem oben genannten horizontalen Neigungswinkel geändert wird, muß eine für eine geringe Winkeländerung geeignete Zahnradspindel verwendet werden, und daher ist der Schnittwinkel begrenzt. Ferner ist es sehr wichtig, wie die Abnutzung der Arbeitswalze bewältigt werden kann, damit mit dem Walzwerk mit paarweise gekreuzten Walzen ein Walzprogramm-freies Walzen durchgeführt werden kann.
Ein Mittel zur Bewältigung dieses Problems ist das Hinzufügen der Funktion des Verschiebens jeder Arbeitswalze in ihrer Axialrichtung. Bei dieser Anordnung ist jedoch zusätzlich zu den einander horizontal überschneidenden Arbeitswalzen ein Axialverschiebungsmechanismus erforderlich, so daß der Aufbau extrem kompliziert wird. Ein derartiges Walzwerkf das unter extremen Umgebungsbedingungen mit Belastungen, Stößen, Hitze und Wasser arbeitet, ist hinsichtlich der Zuverlässigkeit und der Wartung nicht zufriedenstellend.
Ein weiteres Mittel zur Bewältigung des vorstehend ausgeführten Problems ist die Anordnung von Walzenschleifeinrichtungen in einem Walzwerk, wie in der JP-A-54-145356 offenbart. Wenn eine Arbeitswalze abgenutzt ist, wird die Umfangsoberfläche des Ballens der Arbeitswalze von der Walzenschleifeinrichtung abgeschliffen, so daß der ballige Abschnitt der Walze stets in der gleichen Form wie vor der Abnutzung gehalten werden kann. Bei diesem Walzwerk sind viele Walzenschleifeinrichtungen zum Aufbringen einer großen Schleiflast erforderlich, um die Abnutzung der Arbeitswalzen hinreichend zu kompensieren. Dadurch wird die Größe des Walzwerks gesteigert, und ebenso werden die Kosten für die Wartung, wie z.B. für den Austausch vieler Schleifkörper, gesteigert
Die JP-A-57-181708 als nächstliegender Stand der Technik offenbart ein Quartowalzwerk, das in der Richtung ihrer Achsen verschiebbare Arbeitswalzen aufweist. Jede der Arbeitswalzen weist einen konvexen balligen Abschnitt auf, der axial über weniger als die Hälfte ihrer Länge ausgebildet ist. Die beiden Arbeitswalzen sind ferner derart angeordnet, daß ihre konvexen balligen Abschnitte einander gegenüberliegend angeordnet sind. Jede der Stützwalzen hat entweder einen konvexen balligen Abschnitt, der über ihre gesamte Länge ausgebildet und in bezug auf die Mitte in seiner Längsrichtung symmetrisch ist, oder einen konvexen balligen Abschnitt, der sich über weniger als die Hälfte ihrer Länge erstreckt und dem balligen Abschnitt der Arbeitswalze gegenüberliegend angeordnet ist.
Die beiden Arbeitswalzen werden entsprechend der Breite des Walzguts in entgegengesetzten Richtungen verschoben, und jede der Seitenkanten des Walzguts wird zwischen dem balligen Abschnitt einer der Arbeitswalzen und dem zylindrischen Abschnitt der anderen Arbeitswalze angeordnet, wobei in diesem Zustand gewalzt wird. Beim Walzen wird der auf die seitlichen Kantenabschnitte des Walzguts aufgebrachte Druck durch die balligen Abschnitte der Arbeitswalzen verringert, wodurch das Abfallen der Kanten des Walzguts gesteuert wird. Ebenso wird der Kontaktdruck zwischen den Arbeitswalzen und den Stützwalzen durch die balligen Abschnitte der Stützwalzen verringert, wodurch die Wölbung des Walzguts gesteuert wird. Durch die Kombination dieser beiden Wirkungen werden die Wölbung und die Form des Walzguts gesteuert.
Wie oben beschrieben, ist bei diesem Walzwerk während des Walzens jede der Seitenkanten des Materials zwischen dem balligen Abschnitt der einen Arbeitswalze und dem zylindrischen Abschnitt der anderen Arbeitswalze angeordnet. Anders ausgedrückt wird der Hauptteil des Walzguts zwischen den geraden Abschnitten der Arbeitswalzen gewalzt. Daher ist es schwierig, die Wölbung an diesen Abschnitten zu steuern. Der Kontaktdruck zwischen den Arbeitswalzen und den Stützwalzen ist enorm, so daß die Abnutzung des geraden Abschnitts groß wird. Dadurch werden die Wölbung und die Form des Walzguts nicht hinreichend gesteuert, und auch das Walzprogramm-freie Walzen kann nicht durchgeführt werden.
Im allgemeinen sind die Arbeitswalzen nicht so an dem Walzwerk montiert, daß sie regelmäßig ausgetauscht werden. Daher müssen die Stützwalzen mit dem balligen Endabschnitt über einen langen Zeitraum verwendet werden, und der ursprüngliche ballige Endabschnitt der Stützwalzen kann nicht erhalten werden. Dadurch ist es schwer, die hochgenaue Steuerung der Materialwölbung aufrechtzuerhalten. Wenn die Stützwalzen regelmäßig ausgetauscht werden, steht das Walzwerk für den Austausch lange still, und die Produktivität des Walzwerks wird verringert. Ferner ist es notwendig, eine Konstruktion zu schaffen, die den Austausch der Stützwalzen erleichtert.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Quartowalzwerk und ein Walzverfahren zu schaffen, durch die eine äquivalente Wölbung durch eine axiale Verschiebung der Arbeitswalzen um einen gewünschten Wert verringert und gesteigert und eine Veränderung dieser äquivalenten Wölbung in einem Bereich einer zyklischen Verschiebung der Arbeituwalzen begrenzt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 (Walzwerk) und des Anspruchs 6 (Walzverfahren) gelöst.
Erfindungsgemäß ist ein Quartowalzwerk mit einem Paar oberer und unterer Arbeitswalzen zum Walzen eines Materials; einem Paar oberer und unterer Stützwalzen, die jeweils die obere und die untere Arbeitswalze abstützen; einer Walzenbiegevorrichtung zum Aufbringen einer Biegekraft auf die obere und die untere Arbeitswalze; und einer Walzenverschiebevorrichtung zum Verschieben der oberen und der unteren Arbeitswalze in einer Axialrichtung der Arbeitswalzen; wobei sowohl die obere als auch die untere Arbeitswalze einen balligen Abschnitt jeweils an den axial entgegengesetzten Walzenballenenden, und einen auf dem Rest des Walzenballens ausgebildeten, im wesentlichen zylindrischen Abschnitt aufweisen; dadurch gekennzeichnet, daß die balligen Abschnitte der oberen und der unteren Arbeitswalze nicht weniger als die Hälfte der Länge des Walzenballens einnehmen, sich die Krümmung des balligen Abschnitts einer durch einen Ausdruck "n-ter" Ordnung dargestellten Kurve annähert, wobei n ≥ 1,5 ist und die balligen Abschnitte der oberen und der unteren Arbeitswalze sich ständig zumindest teilweise überlappen.
Das vorstehend beschriebe Quartowalzwerk kann ferner zur Beibehaltung der Krümmung des balligen Abschnitts eine in der Richtung der Arbeitswalzen bewegliche Walzenschleifvorrichtung zum Schleifen des balligen Abschnitts jeder der oberen und unteren Arbeitswalzen aufweisen.
Bei einem erfindungsgemäßen Walzverfahren, bei dem das Quartowalzwerk gemaß Anspruch 2 verwendet wird, werden sowohl die obere als auch die untere Arbeitswalze derart axial verschoben, daß das Ende der effektiven Länge des Arbeitswalzenballens außerhalb einer Seitenkante des Walzguts angeordnet ist, wobei sowohl die obere als auch die untere Arbeitswalze während des Walzvorgangs zyklisch in einem vorgegebenen Bereich axial verschoben werden und die Walzenschleifvorrichtung in der Axialrichtung sowohl der oberen als auch der unteren Arbeitswalze bewegt wird, um die Krümmung des ursprünglichen balligen Abschnitts beizubehalten.
Erfindungsgemäß wird das Walzgut stets an den Bereichen der Arbeitswalzen gewalzt, die die balligen Abschnitte aufweisen. Anders ausgedrückt liegt der ballige Abschnitt der Walze während des Walzvorgangs ständig vor, so daß die Wölbung und die Form des Walzguts leicht gesteuert werden können.
Ferner weisen sowohl die obere als auch die untere Arbeitswalze den balligen Abschnitt "dessen Form sich einer Kurve "n- ter" Ordnung mit n ≥ 1,5 annähert) an einem Seitenabschnitt des Ballens der Arbeitswalze auf, der nicht weniger als die Hälfte der Länge des Arbeitswalzenballens einnimmt, wobei ein im wesentlichen zylindrischer Abschnitt auf dem Rest des Arbeitswalzenballens ausgebildet ist. Wenn die Arbeitswalzen entsprechend der Breite des Walzguts axial verschoben werden, ist daher ein kleinerer balliger Walzenabschnitt für das breite Material und ein größerer balliger Walzenabschnitt für das schmale Material vorgesehen. Dies ist ein ideales Merkmal für die Steuerung der Materialwölbung. Die Wölbung sowie Form des Walzguts können nämlich ideal gesteuert werden, und Materialien mit verschiedenen Breiten können mit einer Art von Arbeitswalzen gewalzt werden.
Wenn das Material zwischen den balligen Abschnitten der oberen und der unteren Arbeitswalze gewalzt wird, ist eine Änderung des Walzenspalts selbst dann gering, wenn die obere und die untere Arbeitswalze axial verschoben werden, und durch Kompensieren dieser Änderung durch die Walzenbiegeeinrichtung können die Arbeitswalzen in einem vorgegebenen Bereich zyklisch axial verschoben werden. Dadurch wird die Abnutzung der Arbeitswalzen aufgrund des Walzens verteilt, und der ballige Abschnitt der Arbeitswalzen kann über einen langen Zeitraum erhalten werden. Dadurch ist es möglich, das Walzen des schmalen Materials nach dem Walzen des breiten Materials auszuführen, und die Beschränkung der Reihenfolge der Walzvorgänge in bezug auf die Breite des Walzguts kann beseitigt werden. Daher ist es möglich, ein sogenanntes Walzprogramm-freies Walzen auszuführen.
Wenn die Arbeitswalze nach langfristiger Verwendung abgenutzt ist, wird lediglich der Endabschnitt des balligen Abschnitts von der Walzenschleifvorrichtung abgeschliffen, so daß der ballige Abschnitt der Arbeitswalze wiederhergestellt wird. Daher wird die Häufigkeit des Austauschs der Arbeitswalze verringert, wodurch die Produktivität gesteigert wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Figuren 1 und 3 sind schematische Ansichten eines Quartowalzwerks mit verschiebbaren Arbeitswalzen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die jeweils den Zustand beim Walzen eines breiten Walzguts und den Zustand beim Walzen eines schmalen Walzguts zeigen;
die Figuren 2 und 4 sind schematische Ansichten eines herkömmlichen Quartowalzwerks mit Arbeitswalzen, die jeweils einen rechts und links symmetrischen Walzenballenabschnitt aufweisen, die den Zustand beim Walzen eines breiten Walzguts und den Zustand beim Walzen eines schmalen Walzguts zeigen;
Fig. 5 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einer Walzgutwölbung C(X) und einer axialen Position der Walze anhand von Beispielen für Walzenkrümmungen zeigt, die für den balligen Abschnitt der Arbeitswalze eines erfindungsgemäßen Quartowalzwerks verwendet werden;
Fig. 6 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Steigerungsrate α des balligen Abschnitts und der Ordnung bzw. dem Grad eines Ausdrucks "n-ter" Ordnung zeigt, der sich dem balligen Abschnitt der Arbeitswalze eines erfindungsgemäßen Walzwerks annähert;
Fig. 7 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einer Steigerungsrate α des balligen Abschnitts und der Axialverschiebung einer Arbeitswalze (mit dem balligen Abschnitt) eines erfindungsgemäßen Walzwerks zeigt;
Fig. 8 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Verschiebung und der axialen Position der Arbeitswalze (mit dem balligen Abschnitt) eines erfindungsgemäßen Walzwerks und einer Änderung der Materialwölbung zeigt;
Fig. 9 ist eine genaue Ansicht eines Quartowalzwerks mit verschiebbaren Arbeitswalzen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in der Walzrichtung gesehen;
Fig. 10 ist eine Seitenquerschnittsansicht des Walzwerks gemäß Fig. 9;
Fig. 11 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie XI- XI in Fig. 10;
Fig. 12 ist eine Ansicht, die die Form des balligen Abschnitts der Arbeitswalze des Quartowalzwerks gemäß Fig. 9 zeigt;
die Figuren 13A bis 13C sind Darstellungen von Wölbungsprofilen des Walzguts, die die Steuerung der Wölbung durch das Quartowalzwerk gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigen;
die Figuren 14A bis 14C sind Darstellungen von Wölbungsprofilen des Walzguts, die die Steuerung der Wölbung durch ein herkömmliches Quartowalzwerk zeigen;
die Figuren 15A bis 15C sind Darstellungen, die flache Wölbungen zeigen, die durch Walzen des Materials durch ein mit der Erfindung ausgestattetes Quartowalzwerk erzeugt werden;
Fig. 16 ist ein Diagramm, das die Druckverteilung zwischen der Arbeitswalze und der Stützwalze eines Quartowalzwerks gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 17 ist eine Kurve, die die Druckverteilung zwischen der Arbeitswalze und der Stützwalze eines herkömmlichen Quartowalzwerks zeigt;
Fig. 18 ist eine Teilquerschnittsansicht einer Walzenschleifvorrichtung, die in dem erfindungsgemäßen Quartowalzwerk verwendet werden kann;
Fig. 19A ist eine Ansicht, die die Abnutzung einer Arbeitswalze bei einem herkömmlichen Quartowalzwerk zeigt, bei dem die Arbeitswalzen nicht verschoben werden;
Fig. 19B ist eine Ansicht, die Fig. 19A ähnelt, jedoch ein herkömmliches Quartowalzwerk zeigt, bei dem die Arbeitswalzen zyklisch verschoben werden;
Fig. 19C ist eine Ansicht, die Fig. 19A ähnelt, jedoch ein erfindungsgemäßes Quartowalzwerk zeigt;
Fig. 20 ist eine Ansicht, die die Abnutzung zeigt, die sich auf der Arbeitswalze eines Quartowalzwerks gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung entwickelt;
Fig. 21 ist eine Ansicht, die einen Walzenspalt zwischen den Arbeitswalzen eines Quartowalzwerks gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt, der erreicht wird, wenn die Walzenschleifvorrichtung zum Abschleifen der Arbeitswalzenballen verwendet wird;
Fig. 22 ist eine Ansicht, die Fig. 21 ähnelt, jedoch einen Fall zeigt, in dem die Schleifvorrichtung nicht verwendet wird; und
Fig. 23 ist eine schematische Ansicht eines Tandemwalzwerks, bei dem die in den Figuren 9 bis 12 dargestellten Quartowalzwerke verwendet werden.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Das Grundprinzip eines erfindungsgemäßen Quartowalzwerks wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 4 beschrieben. In diesen Figuren sind Quartowalzwerke dargestellt, bei denen eine obere und eine untere Arbeitswalze 1, 2 zum Walzen eines Walzguts 3 jeweils von Stützwalzen 21, 22 abgestützt werden. Arbeitswalzenbiegevorrichtungen und Arbeitswalzenverschiebungsvorrichtungen werden in diesen Figuren weggelassen.
Ein Merkmal des erfindungsgemäßen Quartowalzwerks ist ein in Fig. 1 dargestellter besonderer Walzenballenabschnitt. Sowohl die obere als auch die untere Arbeitswalze 1, 2 weisen einen an dem Walzenballen ausgebildeten balligen Abschnitt 1a, 2a auf, der sich über nicht weniger als die Hälfte der Länge des Walzenballens erstreckt, wobei der ballige Abschnitt eine gekrümmte Form aufweist, die durch einen Ausdruck "n-ter" Ordnung dargestellt wird, so daß eine Größe CR des balligen Abschnitts erhalten wird. Der Rest des Walzenballens sowohl der oberen als auch der unteren Arbeitswalze 1, 2 weist einen im wesentlichen zylindrischen Walzenballenabschnitt 1b, 2b auf. Die obere und die untere Arbeitswalze 1, 2 sind derart angeordnet, daß ihre balligen Abschnitte 1a, 2b entgegengesetzt zueinander angeordnet sind. Das Quartowalzwerk mit diesem Aufbau ist äquivalent zu einem herkömmlichen Quartowalzwerk (Fig. 2), das Arbeitswalzen 1', 2' (die jeweils in bezug auf ihre Mitte symmetrisch sind) mit jeweiligen Walzenballenabschnitten 1c, 2c aufweist, deren Balligkeit jeweils 1/2 CR beträgt. Wenn sich die Arbeitswalzen 1, 2 in dem in Fig. 1 dargestellten Zustand befinden, dient im wesentlichen der gekrümmte Walzenballenabschnitt 1a der oberen Arbeitswalze 1 als Walzenballenabschnitt an der rechten Seite, wogegen im wesentlichen lediglich der gekrümmte Walzenballenabschnitt 2a der unteren Arbeitswalze 2 als Walzenballenabschnitt an der linken Seite dient. Wenn anschließend die Breite des Walzguts 3 von dem maximalen Wert Bmax auf den Wert B abnimmt, werden die Arbeitswalzen 1, 2 in ihrer Axialrichtung verschoben, wie in Fig. 3 dargestellt. Zu diesem Zeitpunkt nimmt ein Bereich des zwischen den gekrümmten Walzenballenabschnitten (mit jeweils den gekrümmten Walzenballenabschnitten 1a, 2a aufweisen) der oberen und unteren Arbeitswalzen 1, 2 gewalzten Walzguts allmählich zu (d.h. die Balligkeit der Walzen nimmt zu), und wenn der Wert B etwa die Hälfte des maximalen Werts Bmax erreicht, wird das Material über seiner gesamten Breite lediglich durch die gekrümmten Walzenballenabschnitte der oberen und der unteren Arbeitswalze 1, 2 gewalzt. Der Effekt der Balligkeit entspricht zu diesem Zeitpunkt dem herkömmlicher Arbeitswalzen (Fig. 4), die eine Größe von 2CR für die Balligkeit aufweisen.
Jeder der in Fig. 1 dargestellten auf einer Seite angeordneten balligen Abschnitte 1a, 2a wird durch den Ausdruck "n-ter" Ordnung dargestellt und ist eine im wesentlichen quadratische Kurve. Im folgenden wird beschrieben, wie die Wirkung des balligen Walzenabschnitts durch die Verschiebung der Walzen abhängig von der Art dieser Kurve verändert wird. Die Kurve des balligen Walzenabschnitts 1a, 2a wird durch Y = CRXn dargestellt, wobei der Mittelpunkt der Walze als Ursprung verwendet wird. Hierbei stellt X eine dimensionslose Koordinate in der Axialrichtung der Walze dar.
Wenn die Arbeitswalzen 1, 2 um eine Strecke S aus der Position (Referenzposition) gemäß Fig. 1 verschoben werden, wird das Profil des Rollenspalts, d.h. die Wölbung C(X), durch die folgenden Formeln ausgedrückt, wenn X durch Einstellen von Bmax/2 auf X = 1 nicht dimensioniert ist.
Wenn -S ≤ X ≤ S ist, gilt C(X) = CR(S + X)n + CR(S - X)n - 2CRSn.
Wenn X ≥ S ist, gilt C(X) = CR{(X + S)n - 2Sn} ... (1)
Wenn X ≤ -S ist, gilt C(X) = CR{(S - X)n - 2Sn} ... (1)
Obwohl eine derartige Walzenkrümmung nicht durch eine Formel ausgedrückt werden kann, ist es eine glatte Kurve, bei der entweder S = 0 oder S = 0,5 gilt, wie in Fig. 5 dargestellt (wobei n = 2 gilt).
Die äquivalente Größe Cr der Balligkeit in bezug auf die Gesamtlänge des Walzenballens wird wie folgt anhand der Formel (1) ausgedrückt, wobei X = 1 gilt.
Cr = CR{(1 + S)n - 2Sn) ... (2)
Wenn Cr, das mit S = 0,5 ermittelt wurde, als CrE bezeichnet wird und die Steigerungsrate α des balligen Abschnitts durch α = CrE/CR dargestellt wird, ergibt sich folgende Gleichung:
α = CR{ (1 + 0,5)n - 2 0,5n}/CR = 1,5n = 2 0,5n
Wenn α kleiner als 1 ist, ist α bedeutungslos. Der Wert von α in bezug auf den Wert von n ist in Fig. 6 dargestellt. Aus Fig. 6 geht hervor, daß n mindestens 1,5 sein sollte.
Wie aus Fig. 6 hervorgeht, steigt α mit n; wenn jedoch n zu groß wird, steht dies nicht in Einklang mit den Biegemerkmalen der Arbeitswalze, so daß sich eine komplexe Balligkeit ergibt. Es ist daher wünschenswert, daß der maximale Wert von n auf 2,5 begrenzt wird. Fig. 7 zeigt, wie die Steigerungsrate α des balligen Abschnitts mit der Verschiebung S in bezug auf n = 2,0 und n = 2,5 verändert wird. Die Steigerungsrate des balligen Abschnitts aufgrund der Verschiebung der Arbeitswalze ist bei n = 2,5 größer als bei n = 2, wenn sie jedoch zu groß wird, wird die Veränderung des balligen Abschnitts aufgrund der zyklischen Verschiebung der Arbeitswalzen (des Hin- und Herbewegens der Arbeitswalzen in ihrer Axialrichtung innerhalb eines vorgegebenen Bereichs) zum Zwecke der Verteilung der Abnutzung der Walzen übermäßig groß, und daher ist es nicht ratsam, n zu sehr zu erhöhen.
Es wurden verbreitet Warmbandwalzwerke mit einer Walzenballenlänge verwendet, die das Walzen von Materialien mit einer maximalen Breite von 1600, 1800 oder 2000 mm ermöglichen. Die durchschnittliche Breite der tatsächlich zu walzenden Materialien liegt jedoch bei ca. 1000 mm, und die Mindestbreite des Materials liegt bei ca. 600 mm. Daher wird das Walzen mit einer Materialbreite von ca. 1000 mm am häufigsten ausgeführt, und die Abnutzung der Walze ist bei dieser Materialbreite am deutlichsten. Daher ist die zyklische Verschiebung der Arbeitswalzen zur Verteilung der Abnutzung für eine derartige Materialbreite am wesentlichsten, und es ist wünschenswert, daß die Anderung des Walzenballenabschnitts aufgrund dieser zyklischen Verschiebung gering ist. Die vorliegende Erfindung bietet ein wirksames Mittel zur Bewältigung einer derartigen Situation. Die Vorteile des erfindungsgemaßen Walzwerks werden im folgenden beschrieben. Der Walzenballenabschnitt der Arbeitswalzen des erfindungsgemäßen Quartowalzwerks wird durch folgende Formel (1) ausgedrückt, wenn n = 2 ist:
C(X) = CR{(X + S)² - 2S²} = CR(X² + 2SX² - S²) ... (3)
Die Änderung ΔC (X) von C (X) bei Änderung von S um ΔS ergibt sich zu:
Wird davon ausgegangen, daß die Materialbreite B ist, ist lediglich die Position (-b/bmax ≤ X ≤ b/bmax) der Arbeitswalze wesentlich, und wenn ihr Ende durch Xb dargestellt wird, ergibt sich Xb = b/bmax. Anhand der Formel (4) ergib sich folgendes:
ΔC(Xb) = 2CR(Xb - S)ΔS ... (5)
Wenn Xb = 1 (d.h. b = bmax) gegeben ist, ist S nahe 0, und daher ergibt sich die folgende Gleichung:
ΔC(Xb = 1) 2CR(1 - 0)ΔS = 2CRΔS
Wenn die Materialbreite, wie oben ausgeführt, bei etwa der Hälfte der maximalen Materialbreite liegt gelten b = bmax/2 und Xb = 0,5. Hierbei wird 5 um bmax - b verschoben, und durch die Nichtdimensionierung ergibt sich S (bmax - b)/bmax = 0,5. Aus der Formel (5) ergibt sich ΔC(Xb = 0,5) = 2C&sub5;(0,5 - 0,5)ΔS = 0. Eine Änderung des balligen Abschnitts aufgrund der Verschiebung der Walze tritt kaum auf.
Mit b ≤ 0,5 bmax ergibt sich S ≥ 0,5, und das Material wird zwischen Walzenkurven in Form einer quadratischen Kurve gewalzt. Daher tritt keine geometrische Änderung des balligen Abschnitts aufgrund der Verschiebung der Walzen auf. Wenn die geometrische Veränderung der Balligkeit aufgrund der Walzenverschiebung im Fall b > 0,5 bmax verhindert werden soll, kann dies durch Verlagern des Anfangspunkts des balligen Abschnitts der Arbeitswalze in Richtung des zylindrischen Abschnitts der Arbeitswalze erreicht werden.
Ob der ballige Walzenabschnitt mit derartig speziellen Effekten aus dem Stand der Technik bekannt ist oder nicht, wird im folgenden unter Bezugnahme auf die in der vorstehend erwähnten JP-A-57-91807 beschriebene S-förmige Walzenkrümmung erläutert.
Bei einem Walzwerk mit der vorstehend erwähnten S-förmigen Walzenkrümmung ist der Hub der Walzenverschiebung, wie oben ausgeführt, klein, und die Veränderung des balligen Abschnitts aufgrund der Walzenverschiebung ist extrem groß. Daher wird es unmöglich, die zyklische Verschiebung durchzuführen. Hierbei kann beispielsweise berücksichtigt werden, daß der S-förmige Walzenballenabschnitt verringert wird, und daß dies durch Steigern des Walzenhubs kompensiert wird. Bei dem Walzwerk der vorstehend beschriebenen Art weist die Walzenkrümmung in der Praxis die Form einer Sinuskurve oder einer ungeraden Funktion wie X³ auf. Ihre geometrischen Effekte werden im folgenden in bezug auf X³ beschrieben.
Y(X) = {X + S)² - (X - S)³}CR = (6SX² + 2S³)CR
C(X) = Y(X) - Y(0) = 6CRSX² ... (6)
Die Anderung ΔC(X) von C(X) bei Verschiebung von S um ΔS ergibt sich zu:
Daher ist dies unabhängig von der Position von S proportional zu ΔS.
Aus der Formel (6) ergibt sich die äquivalente Balligkeit Cr in bezug auf die Gesamtlänge des Walzenballens zu Cr = 6CRS, wenn X = 1 ist. Wie anhand von δCr/δS = 6CR = konstant deutlich wird, ist die äquivalente Balligkeit Cr unabhängig von der Position von S konstant.
Wenn die vorstehend genannte Balligkeit erfindungsgemäß als Anfangsballigkeit der Arbeitswalze verwendet wird, folgt aus den Formeln (4) und (5) im Bereich der Materialbreite:
Wenn dies als äquivalente Balligkeit Cr in bezug auf die Gesamtlänge des Walzenballens bezeichnet wird, wird die Walzenkrümmung wie folgt als quadratische Kurve ausgedrückt:
Hierbei wird die Arbeitswalze in ihrer Axialrichtung entsprechend der Änderung von b um S verschoben. Wenn Xb = 1 ist S = 0, und wenn Xb = 0,5 ist S = 0,5, wodurch Xb + S = 1 gilt. Wenn jedoch S ≤ 0,5, ergibt sich, wie vorstehend erwähnt, folgendes:
δCr(Xb)/δS = 0
Ein Vergleich zwischen den Werten von δCr(Xb)/δS, die jeweils durch den S-förmigen Walzenballenabschnitt und die Walzenkrümmung der Arbeitswalze des erfindungsgemäßen Walzwerks ermittelt werden, ist in Fig. 8 dargestellt.
In Fig. 8 stellt eine Kurve (A) den erfindungsgemäßen Walzenballenabschnitt und eine gerade Linie (C) den S-förmigen Walzenballenabschnitt dar. Im Bereich der am häufigsten verwendeten Materialbreiten ist bei dem S-förmigen Walzenballenabschnitt eine durch die Verschiebung der Walzen verursachte erhebliche Änderung der Materialwölbung unvermeidlich, wogegen bei dem erfindungsgemäßen Walzenballenabschnitt die Änderung der Materialwölbung aufgrund der Walzenverschiebung auf einem kleinen Wert gehalten werden kann, wobei ein hinreichender Walzenballenabschnitt als absoluter Wert gewährleistet wird. Ein typisches Beispiel eines breiten Warmbandwalzwerks weist nämlich eine Walzenballenlänge von 2200 mm auf, und die maximale Materialbreite beträgt 2000 mm, die minimale Materialbreite beträgt 600 mm, und die am häufigsten verwendete Materialbreite liegt bei ca. 1000 mm. Gemäß Fig. 8 entspricht die am häufigsten verwendete Materialbreite Xb = 0,5 und S = 0,5. Die verhältnismäßig häufig verwendete Blechbreite von 1200 mm entspricht Xb = 0,6 und S = 0,4. Wenn Xb nicht größer als 0,6 ist, ist die Änderung der Materialwölbung aufgrund der Verschiebung der Walzen bei dem erfindungsgemäßen Walzenballenabschnitt erheblich geringer als bei dem herkömmlichen S-förmigen Walzenballenabschnitt. Es ist offensichtlich, daß das Walzprogramm-freie Walzen durch das erfindungsgemäße Walzwerk verhältnismäßig wirkungsvoll ausgeführt werden kann.
Eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Quartowalzwerks ist in den Figuren 9 bis 11 dargestellt. In diesen Figuren werden ein Paar oberer und unterer Arbeitswalzen 1, 2 zum Walzen eines Materials 3 jeweils durch Stützwalzen 21, 22 abgestützt. Walzenzapfenabschnitte (einander gegenüberliegende Endabschnitte) der Arbeitswalze 1 werden von Metallblöcken 4, 4' drehbar gehalten. Ähnlich werden Walzenzapfenabschnitte (einander gegenüberliegende Endabschnitte) der Arbeitswalze 2 jeweils von Metallblöcken 5, 5' drehbar gehalten. Vorstehende Blöcke 7, 8 sind an einem in einem Walzengehäuse 6 ausgebildeten Fenster montiert, und Verschiebeblöcke 9, 10 sind auf den vorstehenden Blöcken 7, 8 montiert. Die Metallblöcke 4, 5 werden jeweils von den Innenseiten der Verschiebeblöcke 9, 10 verschiebbar geführt, und die Metallblöcke 4, 5 können zusammen mit den Arbeitswalzen 1 und 2 vertikal nach oben und nach unten bewegt werden. Hydraulikkolben 11, 12, die Walzenbiegeeinrichtungen zum Aufbringen einer Walzenbiegekraft auf die Arbeitswalzen 1, 2 bilden, sind in geeigneter Weise in den Verschiebeblöcken 9, 10 enthalten.
Der Verschiebeblock 9, der eine Walzenschiebevorrichtung bildet, ist mit einem Verschiebebalken 13 an der Antriebsseite des Walzwerks verbunden, und der Metallblock 4' auf der Antriebsseite ist über Blockklemmen 14 lösbar mit dem Verschiebebalken 13 verbunden, wobei diese lösbare Verbindung durch einen Hydraulikzylinder 15 verwirklicht wird. Daher kann die obere Arbeitswalze 1 zusammen mit dem Verschiebeblock 9 durch Hydraulikzylinder 16 zum Verschieben der Walze bewegt werden, und die oberen Metallblöcke 4, 4? und die Hydraulikkolben 11, 12, die in dem Verschiebeblock 9 enthalten sind, werden zusammen in der Richtung der Walzenachse bewegt. Daher kann, selbst wenn die obere Arbeitswalze 1 mit einem langen Hub verschoben bzw. bewegt wird, die Walzenbiegekraft stets auf die Mitte jedes Lagers 17 für die Arbeitswalze aufgebracht werden. Bei dieser Anordnung wird eine lange Betriebsdauer des Lagers 17 gewährleistet, und es kann eine große Biegekraft auf die Walze aufgebracht werden.
Eine Antriebswelle 18 dient zum Drehantrieb der oberen Arbeitswalze 1 und wird über eine Kupplung 19 von einem (nicht dargestellten) Motor zum Antrieb der oberen Arbeitswalze 1 angetrieben. Ein zentraler Abschnitt 20 des Verschiebebalkens 13 weist eine derartige Form (beispielsweise eine Bogenform) auf, daß der Verschiebebalken 13 und die Antriebswelle 18 einander nicht beeinträchtigen.
Wenn der Aufbauder Arbeitswalze 2 dem vorstehend beschriebenen Aufbau der Arbeitswalze 1 entspricht, können die obere und die untere Arbeitswalze 1, 2 entlang ihrer Achsen in entgegengesetzte Richtungen verschoben und die Walzenbiegekraft wirkungsvoll aufgebracht werden.
Die obere und die untere Stützwalze 21, 22 stützen jeweils die obere und die untere Arbeitswalze ab und werden jeweils durch obere Stützwalzenmetallblöcke 23, 23' und untere Stützwalzenmetaliblöcke 24, 24' drehbar gehalten. Die obere und die untere Stützwalze 21, 22 werden durch einen Reduzierzylinder 25 innerhalb des Fensters des Walzengehäuses 6 nach oben und unten bewegt. Sowohl an der oberen als auch an der unteren Stützwalze 21, 22 kann ein balliger Abschnitt ausgebildet sein, wie in Fig. 9 dargestellt. Hierbei kann die gleiche Wirkung wie vorstehend beschrieben erzielt werden.
Walzenschleifvorrichtungen 40 zum jeweiligen Abschleifen der Umfangsoberflächen der Walzenballen der oberen und der unteren Arbeitswalze 1, 2 zum Erzeugen von balligen Abschnitten la, ib, wie im weiteren beschrieben, sind wie in den Figuren 11 und 18 dargestellt aufgebaut. Insbesondere wird ein Körper 41 der Walzenschleifvorrichtung 40 auf einem auf dem Verschiebeblock 9 parallel zur Arbeitswalze montierten Führungsblock 43 beweglich gehalten. Der Körper 41 der Schleifvorrichtung wird von einer Verschiebevorrichtung 44 bewegt, die von einem Motor oder ähnlichem angetrieben wird. Ein Schleifkörper 45 wird zum Schleifen der Arbeitswalze 1 von einem Motor 46 angetrieben und von einem Hydraulikzylinder 47 mit einem gewünschten Druck gegen die Arbeitswalze 1 gedrückt, wodurch diese Arbeitswalze abgeschliffen wird. Wenn die Arbeitswalze ausgetauscht werden soll, wird der Körper 41 der Schleifvorrichtung von dem Führungsblock 43 geführt und gehalten, und lediglich die obere Arbeitswalze 1 wird zusammen mit den Blöcken 4, 4' entfernt und durch eine andere Walze ersetzt.
Wenn die gleiche Schleifvorrichtung 40 ebenso an dem Verschiebeblock 10 für die untere Arbeitswalze 2 vorgesehen ist, können gewünschte Abschnitte der Umfangsoberflächen der Walzenballen der oberen und der unteren Arbeitswalze 1, 2 mit einer gewünschten Druckkraft abgeschliffen werden, wodurch gewünschte Walzenballenabschnitte erzeugt werden.
Fig. 12 zeigt ein Beispiel für den auf dem oberen und auf dem unteren Walzenballen 1, 2 ausgebildeten Walzenballenabschnitt 1a, 1b (2a, 2b). Insbesondere ist die Arbeitswalze 1 mit einer Walzenballenlänge von 2200 mm und einem Walzendurchmesser von 780 mm von einem im allgemeinen zentralen Punkt A an zu ihrem rechten Ende hin konisch (Fig. 12), und der ballige Abschnitt 1a mit einer Krümmungskurve y = x² ist über diesen Bereich ausgebildet. Der Radius des Walzenballenendes an einem Punkt B ist um 300 µm kleiner als der Radius am Punkt A. Andererseits wird der Durchmesser des gegenüberliegenden Abschnitts des Walzenballens vom Punkt A zu seinem linken Ende im wesentlichen nicht geändert, um einen geraden bzw. zylindrischen Ballenabschnitt 1b zu erzeugten.
Der gekrümmte Ballenbereich 1a auf dem einen Seitenabschnitt des Walzenballens der Arbeitswalze 1 wird durch die Funktion y = xn angenähert. Obwohl erforderliche Effekte mit n ≥ 1,5 erzielt werden können, sollte n vorzugsweie im Bereich von 2,0 bis 2,5 liegen.
Fig. 13 zeigt ein Profil einer Wölbung des Walzguts, die durch Steuerung der Wölbung von Materialien mit verschiedenen Breiten erzielt wird, wobei die Walzenverschiebung und die Walzenbiegeeinrichtung in dem erfindungsgemäßen Quartowalzwerk verwendet werden, das die obere und die untere Arbeitswalze aufweist, die jeweils auf dem einen Seitenabschnitt ihres Walzenballens den balligen Abschnitt aufweisen (der in Fig. 12 dargestellt ist und einer Kurve der Funktion y = x² entspricht). Fig. 14 zeigt ein Profil der Wölbung des Walzguts, die durch Steuerung der Wölbung von Materialien mit verschiedenen Breiten unter Verwendung der Walzenverschiebung und der Walzenbiegeeinrichtung bei dem herkömmlichen Quartowalzwerk erzielt wird, das die (in den Figuren 2 und 4 dargestellten) oberen und unteren Arbeitswalzen aufweist, die jeweils den auf ihrem gesamten Walzenballen ausgebildeten balligen Abschnitt aufweisen und in bezug auf ihre Mitte symmetrisch sind. Die Figuren 13A und 13B zeigen einen Fall (Fall (A)), in dem die Materialbreite B 1800 mm beträgt, der Abstand δ zwischen dem Walzenende und der Seitenkante des Materials 200 mm beträgt und die Walzenbiegekraft F bei 0 bis 200 t/Block liegt. Die Figuren 13B und 14B zeigen den Fall (Fall (B)), in dem die Materialbreite B 1200 mm beträgt, der Abstand δ 300 mm beträgt und die Kraft F bei 0 bis 200 t/Block liegt. Die Figuren 13C und 14C zeigen einen Fall (Fall (C)), in dem die Matenaibreite 900 mm beträgt, der Abstand δ 300 mm beträgt und die Kraft F bei 0 bis 200 t/Block liegt. Die Walzlast beträgt in sämtlichen Fällen 1,75 t/mm der Materialbreite. Beim Vergleich von Fig. 13 mit Fig. 14 stimmt im Fall (A) die äquivalente Walzenballigkeit überein, wie vorstehend beschrieben, und ähnliche Materialwölbungen werden erzeugt. Hinsichtlich der Fälle (B) und (C), in denen die Materialbreite schmaler ist, kann jedoch bei der vorliegenden Erfindung (Figuren 13B und 13C) durch Ändern der Walzenbiegekraft F von 0 t/Block auf den maximalen Wert (200 t/Block) die Materialwölbung von einer konvexen Form zu einer konkaven Form verandert werden, so daß die flache Wölbung des Walzguts erzeugt werden kann. Gemäß den Figuren 14B und 14C, die die Wirkungen des herkömmlichen balligen Abschnitts zeigen, ist es jedoch lediglich möglich, die konvexe Wölbung des Walzguts zu erzeugen.
Der Grund hierfür wird im folgenden erläutert. Bei dem herkömmlichen symmetrischen Walzenballenabschnitt wird die geometrische Wirkung durch die Walzenverschiebung nicht erzielt, und ebenso ist das Ende des effektiven Walzenballens der Arbeitswalze nach außen erheblich von der Seitenkante des Materials beabstandet (δ = 300 mm), so daß die Biegung der Arbeitswalzen hinreichend verringert wird, und dadurch weist das Walzgut unvermeidlich eine konvexe Wölbung auf. Andererseits verändert bei der erfindungsgemäßen Arbeitswalze mit der gekrümmten Anfangsballigkeit die Wölbung des Walzguts direkt, d.h. geometrisch. Selbst wenn noch ein bestimmter Grad an Biegung der Arbeitswalze verbleibt, kann daher die Anfangsballigkeit eine hinreichend flache Wölbung des Walzguts erzeugen. Bei der Anfangsballikeit gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung wird, insbesondere wenn jede Arbeitswalze gemäß Fig. 3 um eine große Strecke zur Außenseite des Walzwerks verschoben wird (d.h. über das Ende des Walzenballens der Stützwalze hinausragt), der geometrische Effekt der Anfangsballigkeit gesteigert, so daß die äquivalente Anfangsballigkeit gesteigert wird. Insbesondere bei geringer Materialbreite und erhöhtem Abstand δ mit der Folge einer erhöhten Biegung der Arbeitswalze kann daher effektiv gewalzt werden.
Fig. 15 zeigt die Walzenbiegekraft F, durch die eine flache Wölbung des Walzguts erzeugt werden kann, wenn die Arbeitswalzen des Quartowalzwerks mit der in Fig. 12 dargestellten Anfangsballigkeit im Bereich von ± 100 mm in bezug auf das Walzgut einer Breite von 1200 mm zyklisch verschoben werden, und zeigt ebenso die zu diesem Zeitpunkt erzeugte Wölbung des Walzguts. Fig. 15A zeigt den Fall (Fall (A)), in dem der Abstand δ zwischen dem Punkt B am Ende des effektiven Walzenballens der Arbeitswalze mit dem balligen Abschnitt 1a und der Seitenkante des Materials 100 mm beträgt. Fig. 158 zeigt den Fall (Fall (B)), in dem der Abstand δ 200 mm beträgt, und Fig. 15C zeigt den Fall (Fall (C)), in dem der Abstand δ 300 mm beträgt. Wenn der Verschiebehub der Arbeitswalze im Bereich von ± 100 mm liegt, beträgt die Walzenbiegekraft F im Fall (A) 40 t/block, 90 t/Block im Fall (B) und 140 t/Block im Fall (C). Daher liegt die Walzenbiegekraft F in sämtlichen Fällen innerhalb der maximalen Walzenbiegekraft von 200 t/Block, und daher kann eine hinreichend flache Wölbung des Walzguts erzeugt werden. Daher kann bei dem Quartowalzwerk gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung die Wölbung des Walzguts stets innerhalb der Amplitude der zur Verteilung der Abnutzung der Arbeitswalze erforderlichen zyklischen Verschiebung flach gewalzt werden. Es kann ferner Walzprogramm-frei gewalzt werden, wobei die Gleichmäßigkeit des gewalzten Materials gewährleistet wird.
Fig. 16 zeigt eine Druckverteilung zwischen der Arbeitswalze und der Stützwalze, die sich ergibt, wenn Material mit einer Breite von 1200 mm unter Verwendung des Quartowalzwerks mit verschiebbaren Arbeitswalzen, die jeweils den in Fig. 12 dargestellten balligen Abschnitt aufweisen, derart gewalzt wird, daß eine flache Materialwölbung erzeugt wird. Fig. 17 zeigt die Druckverteilung zwischen der Arbeitswalze und der Stützwalze, die sich ergibt, wenn Material mit einer Breite von 1200 mm unter Verwendung des herkömmlichen Quartowalzwerks mit verschiebbaren Arbeitswalzen, die jeweils einen symmetrischen balligen Abschnitt mit einer Durchmesserdifferenz von ca. 150 µm aufweisen, derart gewalzt wird, daß es eine im wesentlichen flache Materialwölbung aufweist. Um die flache Materialwölbung zu erzeugen, wird jede Arbeitswalze mit dem herkömmlichen balligen Abschnitt (Fig. 17) ebenso verschoben und auf eine derartige Position eingestellt, daß ein Ende des effektiven Walzenballens nach außen um 200 mm (δ = 200 mm) von der Seitenkante des Materials beabstandet ist. Aus den Figuren 16 und 17 geht hervor, daß sich die Druckverteilungen zwischen den Walzen erheblich voneinander unterscheiden. Insbesondere hinsichtlich des Quartowalzwerks gemäß der Ausführungsf orm der vorliegenden Erfindung kann der maximale Wert des vorab beschriebenen Drucks erheblich verringert werden, und daher können hinsichtlich der Walzenfestigkeit und der Betriebsdauer der Walzen große Wirkungen erzielt werden. Daher wird bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Austauschhäufigkeit der Walzen verringert, und das Walzprogramm-freie Walzen kann auf verbesserte Weise ausgeführt werden.
Hinsichtlich des erfindungsgemäßen Walzenballenabschnitts ist es zur wirksamen Steuerung der Wölbung eines breiten Materials wünschenswert, daß der Anfangspunkt A des balligen Abschnitts 1a am Seitenabschnitt des Walzenballens der in Fig. 12 dargestellten Arbeitswalze 1 so nahe wie möglich an der Mitte der Arbeitswalze vorgesehen sein sollte; da jedoch die Einstellung der Position der Arbeitswalze in der Axialrichtung verändert werden kann, ist es nicht erforderlich, den Anfangspunkt genau in der Mitte der Arbeitswalze vorzusehen. Der in Fig. 12 dargestellte Anfangspunkt A kann beispielsweise leicht nach links versetzt werden, wobei in diesem Fall eine verhältnismäßig leicht gekrümmte Anfangsballigkeit vorgesehen ist, die sich vom Anfangspunkt zur Mitte des Walzenballens erstreckt. Es ist ferner ein durch y = Xn (n ≥ 1,5 bis 2,5) dargestellter balliger Abschnitt vorgesehen, der sich von der Mitte des Walzenballens erstreckt. Der andere breite Abschnitt des Walzenballens weist den in wesentlichen geraden, zylindrischen Ballenabschnitt 1b auf.
Gleichzeitig wird, wie allgemein bekannt, beim Heißwalzen eine erhebliche ungleichmäßige Abnutzung an der Umfangsoberfläche der Arbeitswalze erzeugt, während der Walzvorgang fortschreitet. Dadurch werden die Wölbung und die Form des Walzguts beeinträchtigt. Daneben ergibt sich eine Beschränkung hinsichtlich der Reihenfolge der Verwendung von Materialien mit verschiedenen Breiten, wodurch das Walzprogramm-freie Walzen nachteilig beeinflußt wird. Daher ist es erforderlich, die nachteiligen Wirkungen dieser ungleichmäßigen Abnutzung zu beseitigen.
Die Figuren 19A, 19B und 19C zeigen in vergrößertem Maßstab Profile einer Walzenabnutzung, die sich jeweils an Arbeitswalzen 1 verschiedener Walzwerke ergibt. In jeder dieser Figuren zeigt der schraffierte Abschnitt den durch Abnutzung von der Walzenoberfläche entfernten Teil, und die Bezugszeichen (a') und (b') bezeichnen die Abschnitte des Walzenballens, die von der Abnutzung nicht betroffen sind. Die Länge des Walzenballens beträgt 2000 mm. Durch die Erfahrungen der Erfinder der vorliegenden Erfindung wurden diese Walzenabnutzungsprofile anhand einer am häufigsten verwendeten Warmwalzanlage auf der Grundlage des prozentualen Produktionsanteils an Walzgut mit den im folgenden gezeigten unterschiedlichen Breiten bestimmt. Materialbreite (mm) Produktionsanteil (%)
Fig. 19A betrifft das Walzwerk ohne Verschiebung der Arbeitswalzen, und da an den Abschnitten (a') und (b') der Arbeitswalzenoberfläche große Vorsprünge und Einbuchtungen gebildet werden, kann das Walzprogramm-freie Walzen nicht ausgeführt werden.
Fig. 19B zeigt die Verteilung der Abnutzung bei dem am weitesten häufigsten verwendeten Walzwerk mit zyklischer Verschiebung der Arbeitswalzen. Hierbei wurden die Arbeitswalzen bei jeder der Materialbreiten zyklisch um ± 100 mm aus der mittleren Position verschoben. Im Vergleich mit Fig. 19A wird eine bessere Verteilung der Abnutzung erreicht, und es sind keine großen Vorsprünge und Einbuchtungen in den Abschnitten (a') und (b') des Walzenballens vorhanden. Wenn dieses Walzenverschiebeverfahren bei einem Sechsrollen-Walzwerk mit ausgezeichneter Steuerung der Wölbung und der Form des Walzguts angewendet wird, kann ein Walzprogramm-freies Walzen auf einem beachtlichen Niveau verwirklicht werden; die Steuerung der Wölbung und der Form des Walzguts sind jedoch bei einem Ouartowalzwerk begrenzt, und daher kann bei einem Quartowalzwerk nicht ohne Walzprogramm gewalzt werden.
Fig. 19C betrifft das Walzenverschiebeverfahren für das erfindungsgemäße Quartowalzwerk. Zunächst wird die Arbeitswalze erheblich verschoben, so daß die Seitenkante des Materials mit dem Punkt H abschließen kann, der zur Mitte der Arbeitswalze hin um 200 mm von dem Ende der Arbeitswalze beabstandet ist. Danach wird die Arbeitswalze von dem Punkt H aus zyklisch um ± 100 mm in der Richtung der Achse der Arbeitswalze verschoben. Das in Fig. 19C dargestellte Abnutzungsprofil der Walze wird zu diesem Zeitpunkt erzeugt. Hierbei ist das Abnutzungsprofil der Walze asymmetrisch, und insbesondere am linken Seitenabschnitt (a') (Fig. 19C) ist das Abnutzungsprofil der Walze aufgrund der synergistischen Wirkung der zyklischen Verschiebung und der Änderung der Materialbreite wesentlich weicher als das gemäß Fig. 19B. Daher ist es für das Walzprogramm-freie Walzen geeignet. Am rechten Seitenabschnitt (b') des Walzenballens ist das Abnutzungsprofil dez Walze jedoch abrupt, und an diesem Abschnitt entwickelt sich eine Spitzendruckverteilung zwischen der Arbeitswalze und der Stützwalze. Dies wirft ein Problem hinsichtlich der Festigkeit und der Betriebsdauer der Walze auf.
Um die in Fig. 19 dargestellten verschiedenen nachteiligen Wirkungen der Abnutzung der Walze auszuschließen, wurde in Erwägung gezogen, die Walzenschleifvorrichtungen 40 in dem Walzwerk vorzusehen, wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wenn die Abnutzung entsteht, werden die nicht abgenutzten Abschnitte der Walzenoberfläche von der Walzenschleifvorrichtung 40 entfernt, um die Änderung der Walzenwölbung so weit wie möglich einzuschränken.
Unter Bezug auf jeden der Fälle gemäß den Figuren 19A, 19B und 19C werden nämlich die nicht abgenutzten Abschnitte der Oberflächen der Abschnitte (a') und (b') von der Walzenschleifvorrichtung 40 entfernt, um die Walzenballigkeit der Arbeitswalze im wesentlichen identisch mit der ursprünglichen Walzenballigkeit zu halten, wodurch die nachteiligen Wirkungen der Abnutzung ausgeschlossen werden. Bei der in den Figuren 19A und 19B dargestellten herkömmlichen Abnutzung der Walzen ist jedoch die Menge an Abschliff für die durch dieses Schleifverfahren zu entfernenden Abschnitte groß, und die zu entfernenden Abschnitte sind an einander gegenüberliegenden Seitenabschnitten der Walze vorhanden. Daher ist es erforderlich, mehrere starke Schleifvorrichtungen in dem Walzwerk zu montieren. Dies ist hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit und der Wartung nachteilig.
Das in Fig. 19C dargestellte erfindungsgemäße Walzenverschiebeverfahren kann für ein Quartowalzwerk mit einer Walzenverschiebung mit verhältnismäßig großem Hub angewendet werden. Selbst wenn die herkömmliche gerade Walze als Arbeitswalze für dieses Walzwerk oder der rechts und links symmetrische ballige Abschnitt für die Arbeitswalze für dieses Walzwerks verwendet werden, müssen jedoch die Probleme hinsichtlich der Steuerung der Wölbung und der Form des Walzguts sowie das Problem hinsichtlich der Betriebsdauer der Walze vor dem Problem der Abnutzung der Walze berücksichtigt werden, wie vorstehend beschrieben. Ebenso wird bei einem in der JP-A-57-91807 offenbarten Quartowalzwerk mit Arbeitswalzen, die jeweils S-förmige konkavkonvexe Walzenballenabschnitte aufweisen, das rechts und links asymmetrische Abnutzungsprofil, wie in Fig. 19C dargestellt, zu dem balligen Abschnitt hinzugefügt. Dabei ist offensichtlich, daß das Quartowalzwerk mit den Arbeitswalzen mit dem vorstehend beschriebenen S-förmigen konkav-konvexen Walzenballenabschnitt die beabsichtigte Funktion überhaupt nicht ausführen kann.
Wenn andererseits die gekrümmte Walzenanfangsballigkeit bei der Arbeitswalze des in Fig. 12 dargestellten Quartowalzwerks verwendet wird, ist die Walzenballigkeit links und rechts asymmetrisch, und ebenso ist die Abnutzung der Walze rechts und links asymmetrisch, wie in Fig. 19C dargestellt. Durch die Verwendung derselben wird die Last auf den Walzenschleifvorrichtungen verringert, und selbst wenn die Anzahl der zu verwendenden Walzenschleifvorrichtungen ebenfalls auf ein Minimum verringert wird, kann die effektive Walzenanfangsballigkeit im wesentlichen erhalten werden.
Ein Verfahren zum Schleifen der Walzenanfangsballigkeit wird im folgenden beschrieben.
Fig. 20 zeigt ein Walzenprofil nach der Abnutzung der Arbeitswalze, das sich ergibt, wenn die Arbeitswalze mit der erfindungsgemäßen Walzenanfangsballigkeit bei dem Walzenverschiebeverfahren gemäß Fig. 19C verwendet wird. Gemäß Fig. 20 ist das Walzenprofil (b) nach der Abnutzung hinsichtlich seiner Form mit Ausnahme des Abschnitts (b') im wesentlichen dem ursprünglichen Walzenprofil (a) ähnlich. Daher wird hierbei durch Abschleifen des Abschnitts (b') zur Entfernung desselben die Walzenanfangsballigkeit wieder hergestellt, wodurch ein Walzprogramm-freies Walzen ermöglicht wird. Zudem beträgt der Bereich des in Fig. 20 dargestellten Abschnitts (b') ca. ein Fünftel (1/5) der Summe der Bereiche der in Fig. 19C dargestellten Abschnitte (a') und (b') und ist lediglich an einem Seitenabschnitt der Walze vorhanden. Daher wird die Belastung der in dem Walzwerk montierten Walzenschleifvorrichtung 40 (siehe Fig. 18) erheblich verringert. Ferner wird die Anzahl der zu verwendenden Walzenschleifvorrichtungen 40 wird auf ein Minimum reduziert, da sie hauptsächlich zum Schleifen des Abschnitts (b') verwendet werden.
Fig. 21 zeigt den Einfluß des Abnutzungsprofils der Walzen auf das Profil des Walzenspalts zwischen der oberen und der unteren Arbeitswalze 1, 2, wenn der Abschnitt (b') gemäß Fig. 19C durch das Schleifen der Walzen entfernt wird. Fig. 22 zeigt den Einfluß des Abnutzungsprofils der Walzen auf das Profil des Walzenspalts zwischen der oberen und der unteren Arbeitswalze 1, 2, wenn der Abschnitt (b') gemäß Fig. 19C nicht durch das Schleifen der Walzen entfernt wird. Gemäß den Figuren 21 und 22 wird das Ende jeder der Arbeitswalzen 1 und 2 von der Seitenkante des Walzguts mit einer Breite von 1200 mm um 200 mm (δ = 200 mm) nach außen verschoben. Wie aus den Figuren 21 und 22 im Hinblick auf den negativen Einfluß der Walzenballigkeit afu die Wölbung des Walzguts hervorgeht, wird der durch das Schleifen der Walze erzeugte ballige Walzenabschnitt Cw1 auf ca. die Hälfte des balligen Walzenabschnitts Cw2 verringert, bei dem kein Schleifen der Walze erfolgte. Ferner wird bei dem balligen Walzenabschnitt Cw1 eine abrupte Änderung des balligen Walzabschnitts am seitlichen Ende des Blechs begrenzt, wodurch der Abfall der Kante verringert wird, so daß leicht eine geeignete Wölbung des Walzguts erzeugt werden kann.
Die in dem erfindungsgemäßen Quartowalzwerk mit verschiebbaren Arbeitswalzen verwendeten Arbeitswalzen werden im allgemeinen entsprechend der Änderung der Breite des Materials in ihrer Axialrichtung verschoben, und daher sind die Walzenschleifvorrichtungen ebenso in der Richtung der Walzenachse beweglich, um hauptsächlich den in Fig. 20 dargestellten Abschnitt (b') des Walzenballens zu schleifen. Ferner wird die Oberflächenqualität des gewalzten Materials weiter verbessert, wenn feine Vorsprünge und Einbuchtungen auf anderen Abschnitten des Walzenballens unter Ausnutzung dieser axialen Bewegung durch die Walzenschleifvorrichtungen abgeschliffen werden. Gemäß Fig. 19C wird nämlich die Druckkraft der Schleifvorrichtung gegen die Arbeitswalze über den Bereich, der sich vom Punkt E zum Punkt C erstreckt, auf einen niedrigen Pegel eingestellt, wodurch kleine Vorsprünge und Einbuchtungen entfernt werden. Diese Druckkraft wird über den Bereich, der sich vom Punkt C zum Punkt D erstreckt, gesteigert, und über den Bereich, der sich vom Punkt D zum Punkt B erstreckt, auf einen maximalen Pegel weiterverstärkt, um den nicht abgenutzten Abschnitt (d.h. den Abschnitt (b')) zu entfernen.
Fig. 23 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der das in den Figuren 1, 3 und 9 dargestellte Quartowalzwerk für ein Tandem-Heißwalzwerk mit 5 Walzgerüsten verwendet wird.
Gemäß Fig. 23 werden Quartowalzwerke, die jeweils Arbeitswalzen mit den vorstehend beschriebenen (erfindungsgemäß vorgesehenen) balligen Abschnitten sowie Walzenschleifvorrichtungen aufweisen, als Walzwerke für das erste und das zweite Walzgerüst verwendet, und (in der vorstehend erwähnten JP-A-51-7635 offenbarte) Sechsrollen-Walzwerke mit verschiebbaren Zwischenwalzen 31 und 33 werden als Walzwerke für das dritte bis fünfte Walzgerüst verwendet.
Durch die Verwendung des vorstehend beschriebenen Tandem- Walzwerks können vorhandene Anlagen verhältnismäßig leicht verbessert werden, und die Wirkung der Walzanlage kann erheblich verbessert werden.
Hinsichtlich den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kann die vorliegende Erfindung selbstverständlich für Kaltband- Walzwerke verwendet werden, obwohl sie hauptsächlich Warmbandwalzwerke betrifft.

Claims

1. Quartowalzwerk mit

einem Paar oberer und unterer Arbeitswalzen (1, 2) zum Walzen eines flachen Materials (3);

einem Paar oberer und unterer Stützwalzen (21, 22), die jeweils die obere und die untere Arbeitswalze abstützen;

einer Walzenbiegevorrichtung (11, 12) zum Aufbringen einer Biegekraft auf die obere und die untere Arbeitswalze; und

einer Walzenverschiebevorrichtung (16) zum axialen Verschieben der oberen und der unteren Arbeitswalze in einer Axialrichtung der Arbeitswalzen;

wobei sowohl die obere als auch die untere Arbeitswalze (1, 2) einen balligen Abschnitt (1a, 2a) an den jeweils axial entgegengesetzten Walzenballenenden und einen auf dem Rest des Walzenballens ausgebildeten zylindrischen Abschnitt (1b, 2b) aufweisen;

dadurch gekennzeichnet, daß

die balligen Abschnitte (1a, 2a) der oberen und der unteren Arbeitswalze (1, 2) nicht weniger als die Hälfte der Länge des Walzenballens aufweisen,

sich die Krümmung des balligen Abschnitts (1a, 2a) einer Kurve "n-ter" Ordnung annähert, wobei n ≥ 1,5 ist, und

die balligen Abschnitte (la, 2a) der oberen und der unteren Arbeitswalze (1, 2) sich ständig zumindest teilweise überlappen.

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2. Quartowalzwerk nach Anspruch 1, das zur Beibehaltung der Krümmung des Abschnitts ferner eine in der Richtung der Arbeitswalzen bewegliche Walzenschleifvorrichtung zum Schleifen des Abschnitts jeder der oberen und unteren Arbeitswalzen aufweist.

3. Quartowalzwerk nach Anspruch 1 oder 2, bei dem "n" in der Kurve "n-ter" Ordnung, der sich die Krümmung des balligen Abschnitts annähert, den Wert 2,0 bis 2,5 aufweist.

4. Quartowalzwerk nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Schiebevorrichtung (16) derart aufgebaut ist, daß die maximale Verschiebungsgröße der Walzenschiebevorrichtung (16) bei ca. der Hälfte der Differenz zwischen der maximalen und der minimalen Breite (B) des zu walzenden Materials (3) liegt.

5. Quartowalzwerk nach den Ansprüchen 1 bis 4 für die Installation an einer vorderen Stufe eines Tandemwalzwerks, wobei sich die Krümmung des balligen Abschnitts (la, 2a) an eine durch die Formel y = xn ausgedrückte Kurve annähert, wobei n > 1,5.

6. Walzverfahren, bei dem ein Quartowalzwerk nach Anspruch 2 verwendet wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

jede der oberen und unteren Arbeitswalzen (1, 2) derart axial verschoben wird, daß ein Ende der effektiven Länge des Arbeitswalzenballens in bezug auf eine Seitenkante des zu walzenden Materials außen angeordnet ist;

jede der oberen und unteren Arbeitswalzen (1, 2) während der Walzvorgänge innerhalb eines vorgegebenen Bereichs zyklisch axial verschoben wird; und

die Walzenschleifvorrichtung (40) in der Axialrichtung jeder der oberen und unteren Arbeitswalzen (1, 2) zur Beibehaltung der Krümmung des Abschnitts (1a, 1b) bewegt wird.

7. Walzverfahren nach Anspruch 6, bei dem jede der oberen und unteren Arbeitswalzen (1, 2) derart verschoben wird, daß ein Ende der effektiven Länge des Arbeitswalzenballens in bezug auf ein Ende der effektiven Länge eines entsprechenden oberen und unteren Stützwalzenballens (21 22) innen angeordnet ist.

8. Walzverfahren nach den Ansprüchen 6 und 7, bei dem eine von der Walzenbiegevorrichtung (11, 12) auf die oberen und unteren Arbeitswalzen (1,2) aufgebrachte Biegekraft derart eingestellt ist, daß eine mit der zyklischen Verschiebung der oberen und unteren Arbeitswalzen (1, 2) auftretende Änderung einer Plattenballigkeit des Materials (3) geändert werden kann.

9. Walzverfahren nach den Ansprüchen 6 bis 8, bei dem die Walzenschleifvorrichtung (40) hauptsächlich einen Bereich des balligen Abschnitts (1a, 2a) in der Nähe des Endes des Arbeitswalzenballens tief schleift, um die Krümmung des balligen Abschnitts beizubehalten.

10. Walzverfahren nach den Ansprüchen 6 bis 9, bei dem die Druckkraft der Walzenschleifvorrichtung (40) gegen die Oberfläche des Arbeitswalzenballens jeder der oberen und unteren Arbeitswalzen (1, 2) entsprechend der Bewegung der Walzenschleifvorrichtung (40) entlang der Achse der Arbeitswalze eingestellt wird.

11. Walzverfahren nach den Ansprüchen 6 bis 10, bei dem das Schleifen des Abschnitts (la, ib) durch die Walzenschleifvorrichtung (40) während der Walzvorgänge ausgeführt wird.